JP7087289B2 - 中和装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱源機などの二次熱交換器で生成される酸性の凝縮水を中和する中和装置に関する。

従来、排気熱を利用して水を温める潜熱回収型の熱源機などには、排気熱を利用する二次熱交換器で生成される酸性の凝縮水を中和する中和装置（中和器を含む）が備えられている。以下、熱源機の中和装置を例に説明する。

図７は、一般的な潜熱回収型の熱源機における内部の構成を概略的に示す図面である。熱源機１００の場合、筐体１０１の内部には一次熱交換器１０２の他、制御基板１０３、燃料供給装置１０４などが備えられる。そして、一次熱交換器１０２の排気熱を利用する二次熱交換器１０５が上方に設けられ、この二次熱交換器１０５から排出される凝縮水が流れ込むように中和装置１１０が配置されている。このため、図示する熱源機１００の場合には、一次熱交換器１０２とその側方に備えられた制御基板１０３との間に、上方の二次熱交換器１０５から凝縮水が流れ込むように中和装置１１０が配置されている。

この種の中和装置に関する先行技術として、中和剤を内部に収容した容器内に凝縮水を導入し、この凝縮水を容器内に設けられた複数の仕切り壁の間に形成された流路を蛇行して通過させた後に排出口から排出するようにした凝縮水中和器がある（例えば、特許文献１参照）。

また、他の先行技術として、中和剤を入れた容器内に貯留された凝縮水の上澄みが排出部から排出されるようにして、容器内の水位が所定範囲内に維持されるようにした中和装置がある（例えば、特許文献２参照）。

特許第５０４５２６０号公報 特開２０１１－１０６７６１号公報

ところで、中和装置には凝縮水とともに燃焼排気ガスが流入するため、燃焼排気ガスが中和装置の容器内を通って外部に排出されることを防ぐ必要がある。このために、中和装置には、容器内に水封電極を設け、容器内に水封可能な量の凝縮水が溜められたことを検知した後、中和した凝縮水が排出部から排出されるようにしている。この排出部からの凝縮水の排出を制御するために、排出部の下流には排水流路を開閉するための２方弁（開閉弁）が設けられている。２方弁は、水封電極による凝縮水の検知によって開放される。

しかし、容器内に水封可能な量の凝縮水が溜った後に上記２方弁を開放して閉止解除した場合、排水流路中の凝縮水が一時に多量流出される。そして、この凝縮水の多量流出によってサイフォン現象を起こした場合、容器内に溜められている凝縮水が流出して水封破壊を生じるおそれがある。

一方、上記した熱源機１００などの筐体１０１は、設置スペースを小さくするためにコンパクトな設計が好ましい。しかし、上記した中和装置１１０の水封破壊を防止するために、中和装置１１０の凝縮水の出口部に別部品となるエア置換用ホースなどを設ける場合があり、この場合には別部品を設けることで構成が複雑化して中和装置１１０の小型化が難しくなる。

なお、上記先行技術は、いずれも排水流路の開放時におけるサイフォン現象による水封破壊防止と、中和装置の小型化を図ることについて何ら記載されていない。

そこで、本発明は、水封後の排水流路の開放によってサイフォン現象が起らないようにして水封状態を安定して保持できる中和装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、凝縮水を中和して外部へ排出するための中和装置であって、前記凝縮水を貯留するための貯留部と、前記凝縮水を中和する中和剤が封入される中和部と、前記中和部で中和した前記凝縮水を排水口から排出する排出部と、前記凝縮水の水封水位を検知する水位検知手段と、を備え、前記排出部は、一定量の前記凝縮水を貯留する容積を有する排水貯留槽を備えている。

この構成により、排出部に備えられた排水貯留槽が一定量の凝縮水を貯留する容積を有しているため、水封後の閉止解除時に排水貯留槽の下流側における凝縮水が一時に流出したとしても、中和部から排水貯留槽に流出する凝縮水の勢いを低減させてサイフォン現象が起こらないようにできる。すなわち、中和装置の排出部に最適空間の容積となった排水貯留槽を備えさせることで、別部品を設けることなく下流側の凝縮水を多量流出させてもサイフォン現象が起らないようにできる。

また、前記排水貯留槽は、前記中和部側に設けられた第１側壁と、前記第１側壁と対向する位置に設けられた第２側壁と、前記第１側壁と前記第２側壁との間に設けられた底壁と、を備え、前記底壁の前記第２側壁の方に片寄った位置に前記排水口が設けられていてもよい。

このように構成すれば、中和部から排水貯留槽に凝縮水が流入する位置から離れた位置の排水口から凝縮水が排出されるので、排水貯留槽の容積によって凝縮水の勢いを抑えた後に排水口から排出されるようにしてサイフォン現象の抑制ができる。

また、前記中和部と前記排水貯留槽とは、該排水貯留槽の上部に設けたスリット状の通水口で接続されていてもよい。

このように構成すれば、中和部から排水貯留槽に流れ込む凝縮水を排水貯留槽の上部に設けたスリット状の通水部によってより制限してサイフォン現象の抑制ができる。

また、前記通水口は、最下部が前記水位検知手段の検知部よりも上方位置となる高さに設けられていてもよい。

このように構成すれば、中和部から排出部に凝縮水が流出する通水口の位置が水位検知手段で水封水位を検知する位置よりも高い位置にあるため、水位検知手段で水封水位になったことを検知して下流側を開放したときに、中和部における水位よりも上方に位置する通水口から排出部に凝縮水が排出されることを抑制できる。よって、サイフォン現象の抑制ができる。

また、前記排水貯留槽は、前記通水口の最下部から下方の容積が、水封後の閉止解除時に前記排水口の下流側において一時に流出する前記凝縮水の容積と同等であるかそれを越える容積に構成されていてもよい。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「排水口の下流側において一時に流出する凝縮水の容積」は、排水口に接続された排水ホースの容積などを含む。

このように構成すれば、水封後の閉止解除時に排水口の下流側における凝縮水が一時に多量流出しても、排水貯留槽は通水口の最下部から下方の容積が多量流出する容積と同等かそれを越える容積を有しているため、排水時の一時的な負圧を吸収してサイフォン現象の抑制ができる。

本発明によれば、中和装置の排出部に設けた排水緩衝槽により、水封後の排水流路の開放時に凝縮水の多量流出が生じてもサイフォン現象が起るのを防止し、適切な水封状態の保持が可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る中和装置を示す縦断面図である。 図２は、図１に示す排水貯留槽の拡大断面図である。 図３は、図１に示すIII－III矢視の拡大断面図である。 図４は、図１に示すIV－IV矢視の拡大断面図である。 図５は、図１に示す中和装置の使用状態を示す斜視図である。 図６は、図５に示す排水部の排水貯留槽と排水ホースの関係を示す断面図である。 図７は、熱源機の一例を示す内部構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、オイル式熱源機に適した中和装置１０を例に説明する。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における上下左右方向の概念は、図１に示す中和装置１０に向かった状態における上下左右方向の概念と一致するものとする。

（中和装置の構造）
図１は、一実施形態に係る中和装置１０を示す縦断面図である。中和装置１０は、中空の容器１１を備えている。容器１１は、例えば、ブロー成形などで成形される。この実施形態の容器１１は、図１に示す正面視において、左上部に凝縮水導入部１５が設けられ、凝縮水導入部１５の下方に貯留部２０が設けられている。貯留部２０の下流方向（図の下方から右方向）には中和剤２８が封入された中和部２５が設けられ、中和部２５の下流方向（図の右端）には排出部３０が設けられている。なお、中和部２５と排出部３０との間の通水口２６と、上記貯留部２０と中和部２５との間の流出口２１とは、後述するようにスリット状の開口であるため、塊状の中和剤２８が中和部２５から出ることはない。また、容器１１の図示する左下部には、容器１１内の水を排出するときに使用する排水部１３が設けられている。

上記貯留部２０は、所定量の凝縮水Ｗを溜めることができる大きさで形成されている。貯留部２０の上壁１２には、凝縮水導入部１５に設けられた入口部１６と、容器１１内が詰ったときの水位上昇を検知するオーバーフロー電極４０と、容器１１の内部が水封された水封水位Ｍになったことを検知する水位検知手段たる水封電極４５とが設けられている。オーバーフロー電極４０は図の紙面直交方向に１本、水封電極４５は図の紙面直交方向に２本設けられており、凝縮水Ｗの水位がこれらに達することで通電して検知するようになっている。オーバーフロー電極４０と水封電極４５の配置は一例である。

水封電極４５は、凝縮水Ｗが容器１１の内部に溜って、貯留部２０に流れ込んだ燃焼排気ガスが中和部２５から排出部３０を介して中和装置１０の外部に排出されないように水封するためのものである。水封電極４５によって水封水位Ｍを検知することにより、排出部３０の排水貯留槽３１に接続された排水ホース（排水管）３８の下流側に設けられた２方弁５０（開放又は閉鎖の切替弁）が開放される。２方弁５０は、中和装置１０の容器１１内が水封されるまでは閉弁状態であり、水封完了後は開弁状態になる。

水封電極４５は、下端部が検知部４６であり、この検知部４６は喫水面Ｌに対して所定距離Ｇで下方に位置している。すなわち、中和部２５から排出部３０の排水貯留槽３１に凝縮水Ｗを排出する通水口２６の最下部２６ａが喫水面Ｌとなっており、この通水口２６の最下部２６ａは水封電極４５の検知部４６が凝縮水Ｗを検知する水封水位Ｍに対して所定距離Ｇで上方位置となっている。通水口２６の最下部２６ａを水封水位Ｍに対して上方位置とすることで、後述するように、水封を解除したときに中和部２５の凝縮水Ｗが排出部３０に引かれるのを抑えている。容器１１内の水封は、貯留部２０と中和部２５とに溜った凝縮水Ｗの水位が水封電極４５で検知される水位となることで達成される。水封電極４５で水位が検知された状態では、中和部２５に溜った凝縮水Ｗによって燃焼排気ガスが排出部３０に流れ出ない状態となっている。

貯留部２０と中和部２５との間には、貯留部２０から凝縮水Ｗが流れ出る流出口２１が備えられている。凝縮水Ｗは、貯留部２０から流出口２１を介して中和部２５に流れ出て、中和部２５を通って下流方向へと流れ、中和部２５から通水口２６を通って排出部３０の排水貯留槽３１へと排出される。排水貯留槽３１は、一定量の凝縮水Ｗを貯留する容積を有しており、中和部２５で中和された凝縮水Ｗを一時的に溜め、排水ホース３８から排水するようになっている。中和部２５の下流部分における容器１１の上部には、上部から中和剤を入れる開閉蓋２７が設けられている。開閉蓋２７を開放することで、中和剤２８を中和部２５に封入することができる。

（排水貯留槽の構成）
図２は、図１に示す排水貯留槽３１の拡大断面図である。図３は、図１に示すIII－III矢視の拡大断面図、図４は、図１に示すIV－IV矢視の拡大断面図である。

図２，３に示すように、排出部３０は、中和部２５で中和された凝縮水Ｗが流入する通水口２６と、凝縮水Ｗを貯留できる排水貯留槽３１と、この排水貯留槽３１から凝縮水Ｗを排出する排水口３２とを備えている。排水貯留槽３１は、中和部２５の方向に位置する第１側壁３３と、この第１側壁３３と対向する位置の第２側壁３４と、第１側壁３３と第２側壁３４との下端をつなぐ底壁３５とを有している。そして、上記通水口２６は、第１側壁３３の上部に設けられ、上記排水口３２は、上記底壁３５の第１側壁３３から離れた第２側壁３４の方向に片寄った位置に設けられている。

図３，４に示すように、上記中和部２５と排水貯留槽３１との間の通水口２６は、スリット状の開口（例えば、幅寸法が３ｍｍ～５ｍｍ程度）となっている。スリット状の通水口２６とすることで、中和部２５に封入した塊状の中和剤２８（図１）が排水貯留槽３１に移動しないようにしている。排水貯留槽３１は、上記第１側壁３３と第２側壁３４との間が第３側壁３６でつながれ、上面は天壁３７で塞がれており、略矩形状の箱体となっている。上記通水口２６及び排水口３２は、排水貯留槽３１の幅方向における中央部分に設けられている。

上記排水貯留槽３１としては、例えば、スリット状の通水口２６の上下方向高さＨ１と同等以上の距離Ｈ２を下方に確保するようにできる。また、排水貯留槽３１の幅方向寸法Ｄ２は、例えば、通水口２６の幅寸法Ｄ１を４ｍｍとすると、１０倍以上の５０ｍｍ程度にすることができる。これにより、排水貯留槽３１に一定量の容積を持たせ、通水口２６から排出される凝縮水Ｗを排水貯留槽３１の広い空間に排出して流速を落とすことができる。すなわち、排水貯留槽３１にバッファ槽としての機能を持たせている。また、底壁３５に設ける排水口３２は、通水口２６がある第１側壁３３から離して、底壁３５の左右方向の中心線に対して距離Ｃで第２側壁３４の方に片寄って配置することができる。これによって、排水口３２を通水口２６から離して、これらの間に十分な距離を確保することができる。

排水貯留槽３１の容積としては、通水口２６の最下部２６ａの喫水面Ｌから下方の容積を、排水口３２に接続される排水ホース３８（図５）の内部容積と同等かそれを越える容積とすることができる。また、排水貯留槽３１の全体容積を、例えば、排水ホース３８の内部容積の２倍を超えるようにできる。

これらにより、排水貯留槽３１の排水口３２から下流における凝縮水Ｗが一時に多量流出したとしても、排水貯留槽３１はその容積によってバッファ槽として機能して凝縮水Ｗの勢いを抑制し、中和部２５の凝縮水Ｗが通水口２６から排水貯留槽３１に吸引されるサイフォン現象が起こらないようにできる。

（中和装置と他の構成の接続例）
図５は、図１に示す中和装置１０の使用状態を示す斜視図である。図６は、図５に示す排水部の排水貯留槽３１と排水ホース３８の関係を示す断面図である。図６では、排水ホース３８を誇張して記載している。図５に示すように、中和装置１０は、一次熱交換器１０２の排気熱を利用する二次熱交換器１０５から排出される凝縮水が流れ込むように、二次熱交換器１０５の下方に配置される。二次熱交換器１０５に設けられた凝縮水ホース１７が、中和装置１０の凝縮水導入部１５に接続されている。中和装置１０の排水貯留槽３１の下部に設けられた排水口３２には、排水ホース３８が接続され、下流位置に設けられた２方弁５０に接続されている。２方弁５０には、中和された凝縮水Ｗを排出する排水金具５１が設けられており、この排水金具５１から熱源機１００（図７）の外部に排水される。

このように周辺機器と接続された中和装置１０は、二次熱交換器１０５で発生した凝縮水Ｗが凝縮水ホース１７を通って容器１１に流入する。その後、容器１１内の貯留部２０から中和部２５を通って中和された後、排出部３０の排水貯留槽３１に排出される。その後、排水ホース３８と２方弁５０とを経由して排水金具５１から排水される。

（中和装置の動作説明）
上記中和装置１０によれば、排水貯留槽３１に接続された排水ホース３８の下流方向に設けられた２方弁５０が閉弁状態となった状態で、二次熱交換器１０５（図５）で発生した凝縮水Ｗが凝縮水ホース１７を通って容器１１の貯留部２０に流入させられる。貯留部２０に入った凝縮水Ｗは、流出口２１から中和部２５に流れ、中和部２５が凝縮水Ｗで水封されるまで溜められる。

貯留部２０と中和部２５とに所定量の凝縮水Ｗが溜り、水封電極４５によって凝縮水Ｗが水封水位Ｍに達したことが検知されると２方弁５０が開放されて閉止解除される。これにより、図６に示すように、排水貯留槽３１の排水口３２に接続された排水ホース３８の内部に容積Ｖ１（右斜線部）の凝縮水Ｗが溜っていると一時に多量流出される。しかし、排水貯留槽３１における通水口２６の最下部２６ａ（喫水面Ｌ）より下方の容積Ｖ２（左斜線部）が、排水ホース３８の内部容積と同等かそれを越える広い容積となっているため、下流側の凝縮水Ｗが一時に多量流出することで生じる一時的な負圧を排水貯留槽３１の内部容積で吸収することができる。よって、中和部２５から排水貯留槽３１に凝縮水Ｗを吸引することを抑制でき、水封後の閉止解除時にサイフォン現象が起ることを抑制して安定した閉止解除が可能となる。

また、水封を解除する水封水位Ｍは、中和部２５から排水貯留槽３１に凝縮水Ｗが流れ出る通水口２６の最下部２６ａよりも低い位置となっている。これにより、２方弁５０を開放した時には中和部２５の水位が喫水面Ｌよりも低いため、排水貯留槽３１の排水ホース３８内の凝縮水Ｗが２方弁５０から一時に多量流出することによって排水貯留槽３１の内部が吸引されたとしても、中和部２５の凝縮水Ｗが排水貯留槽３１に吸引されることを抑制することができる。

そして、その後に貯留部２０に入った凝縮水Ｗが順次中和部２５へと流れ出て、通水口２６の最下部２６ａの位置（喫水面Ｌ）までの凝縮水Ｗが溜ると、中和部２５で中和された凝縮水Ｗは排水貯留槽３１に排出される。排水貯留槽３１に排出された凝縮水Ｗは、排水貯留槽３１の下部の排水口３２から排水ホース３８と２方弁５０とを介して外部に排水される。その後も、貯留部２０に流入した凝縮水Ｗは、順次流出口２１から中和部２５へと流れ、中和部２５の中和剤２８によって中和された後、通水口２６から排出部３０の排水貯留槽３１へと流れ、排水ホース３８を通って２方弁５０に流れて排水金具５１から排水される。

（総括）
以上のように、上記中和装置１０によれば、中和装置１０の排出部３０に備えさせた排水貯留槽３１により、下流側の凝縮水Ｗが一時に多量流出しても凝縮水Ｗが流出する勢いを低減させてサイフォン現象が起こらないようにでき、容器１１内の水封状態を安定して保つことが可能となる。

また、水封のために別部品を設ける必要がないため、部品削減による小型化とコストダウンを図ることが可能となる。

（変形例）
上記した実施形態における排水貯留槽３１の形状は一例であり、図示する矩形状以外の形状にすることもでき、排水貯留槽３１の形状は上記した実施形態に限定されるものではない。

また、上記した実施形態における貯留部２０と中和部２５の構造も一例であり、貯留部２０と中和部２５とが一体となった構造のものや、中和部２５の中和剤２８を封入する構造が異なるものでもよく、貯留部２０と中和部２５の構造は上記した実施形態に限定されるものではない。

さらに、上記した実施形態は一例を示しており、中和装置１０と２方弁５０との位置関係、排水ホース３８の長さなども一例であり、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。

１０ 中和装置
１１ 容器
１６ 入口部
２０ 貯留部
２１ 流出口
２５ 中和部
２６ 通水口
２６ａ 最下部
２８ 中和剤
３０ 排出部
３１ 排水貯留槽
３２ 排水口
３３ 第１側壁
３４ 第２側壁
３５ 底壁
３６ 第３側壁
３８ 排水ホース
４５ 水封電極（水位検知手段）
４６ 検知部
５０ ２方弁
Ｗ 凝縮水
Ｌ 喫水面
Ｍ 水封水位

Claims (2)

1. 凝縮水を中和して外部へ排出するための中和装置であって、
   前記凝縮水を所定量貯留して流出口から流出させる貯留部と、
   前記貯留部から流出した前記凝縮水を中和する中和剤が封入された中和部と、
   前記中和部で中和した前記凝縮水を排水口から排出する排出部と、
   前記貯留部で前記凝縮水の水封水位を検知する検知部を有する水位検知手段と、
   を備え、
   前記水位検知手段は、前記凝縮水が前記貯留部から前記流出口を介して下方に流出して前記中和部を水封するまで該中和部に溜ると前記検知部で検知し、
   前記排出部は、下部に前記排水口を有し、一定量の前記凝縮水を貯留する容積を有する排水貯留槽を備え、
   前記中和部と前記排水貯留槽とは、該排水貯留槽の上部に設けられたスリット状の通水口で接続され、
   前記通水口は、最下部が前記水位検知手段の検知部よりも上方位置となっており、
   前記排水貯留槽は、前記通水口の最下部から下方の容積が、前記中和部の水封後における閉止解除時に前記排水口の下流側において一時に流出する前記凝縮水の容積と同等であるかそれを越える容積に構成されている、
   ことを特徴とする中和装置。
   
2. 前記排水貯留槽は、前記中和部側に設けられた第１側壁と、前記第１側壁と対向する位置に設けられた第２側壁と、前記第１側壁と前記第２側壁との間に設けられた底壁と、を備え、
   前記底壁の前記第２側壁の方に片寄った位置に前記排水口が設けられている、
   請求項１に記載の中和装置。
   

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